Как найти намагниченность магнетика

Результирующая
индукция магнитного поля в магнетиках
складывается из индукции В₀
внешнего (намагничивающего) поля и
индукции В‘
магнитного поля, порождаемого магнетиком
(его атомами и молекулами):

В
= В₀
+ В‘.

(10.7)

Намагничение
магнетика количественно характеризуется
вектором J
—
намагниченностью. Эта величина
определяется как сумма магнитных·моментов
атомов (или молекул) в единице объема
вещества⁵:

(10.8)

При
вычислении индукции результирующего
поля в магнетике мы сталкиваемся с такой
же трудностью, что и при вычислении
результирующей индукции поля в
диэлектрике: величина В‘
зависит от В₀.
Преодолеть это затруднение можно
введением такой характеристики магнитного
поля, которая определялась бы только
источниками внешнего магнитного поля.
Эта величина называется напряженностью
магнитного поля Н.
При этом считается, что намагниченность
J
в каждой
точке магнетика связана с напряженностью
магнитного поля⁶:

,
(10.9)

где
— характерная для данного магнетика
постоянная величина, называемаямагнитной
восприимчивостью. В
соответствии с вышесказанным

<
0 для
диамагнетиков и

>
0 для
парамагнетиков. Выражение (10.9) справедливо
лишь для однородных и изотропных сред.
Индукция магнитного поля в магнетиках

Β
= μ₀(Η
+
J);

(10.10)

С
учетом (10.9) получаем

Β
= μ₀Η
+ μ₀Η
= μ₀(1+)Η
=
μμ₀Η,
(10.11)

где
μ
— величина, называемая магнитной
проницаемостью среды.
Для
вакуума μ=
1
и тогда

Β₀
= μ₀Η.
(10.12)

Для
диамагнетиков μ
<
1 и для
парамагнетиков значения μ
соответственно больше единицы. Впрочем,
для этих магнетиков выражения (10.11) и
(10.12) справедливы лишь для случаев, когда
однородный и изотропный магнетик
заполняет объем, ограниченный
поверхностями, которые образованы
линиями напряженности внешнего поля
Η₀
= Β₀/μ₀.

4. Ферромагнетики

Существует
класс магнетиков, для которых
(а значит, иμ)
гораздо больше единицы (μ~10⁴)
⁷.
Эти вещества называются ферромагнетиками.
Для
ферромагнетиков характерно также и то
обстоятельство, что магнитная проницаемость
этих веществ зависит от внешнего
магнитного поля, а также от предыстории
намагничения данного образца. Даже в
отсутствие внешнего магнитного поля
они могут обладать намагниченностью
(остаточная намагниченность). В этом
ферромагнетики аналогичны сегнетоэлектрикам.
Подобно последним, кривая намагничения
ферромагнетика [зависимость B
= f(H)]
имеет вид петли, называемой петлей
гистерезиса (рис.
10.3). Если ферромагнетик был первоначально
размагничен (B
= 0, H
= 0), то его намагничение происходит по
основной кривой ОА.
В точке А
индукция В_н
магнитного
поля и напряженность H_н
соответствуют состоянию магнитного
насыщения. Если начать размагничение
ферромагнетика, то оно будет происходить
вдоль кривой ACDA’.
При H
= 0 намагниченность не исчезнет, а будет
принимать значение, соответствующее
отрезку ОС
(остаточная
намагниченность
).
Для ее уничтожения надо приложить полеН = Н_с
(отрезок
DO).
Величина
Н_с
называется
коэрцитивной
силой⁸.
Принято
считать ферромагнетик жестким, если

100
А/м. Если H_с
< 100 А/м,
то ферромагнетик считается мягким. В
точке
А’
вновь
достигается состояние насыщения
намагничения. Если теперь вновь изменить
направление напряженности
магнитного поля, то намагничение
ферромагнетика будет происходить вдоль
кривойA’C’D’A.
Если при
циклическом намагничении ферромагнетика
напряженность поля будет достигать
значений, соответствующих состоянию
насыщения намагничения, то получаемая
при этом петля гистерезиса будет иметь
максимальные размеры. При использовании
более слабых циклически изменяющихся
магнитных полей будут получаться петли
гистерезиса меньших размеров — частные
циклы намагничения⁹.

Природа
ферромагнетизма может быть рассмотрена
только на основе квантовой механики. В
рамках классической теории можно дать
лишь качественное объяснение этому
явлению. В ферромагнетиках ответственными
за их магнитные свойства являются
собственные (спиновые) магнитные моменты
электронов. Для атомов этих веществ
энергетически более выгодной оказывается
конфигурация с параллельными спинами
электронов. При этом индукция магнитного
поля, создаваемого атомами (ионами) с
такой ориентацией спинов, оказывается
весьма значительной, так что в пределах
макроскопических областей (порядка
нескольких микрометров) магнитные
моменты всех атомов ориентируются вдоль
одного общего направления. Такие области,
характеризующиеся одинаковой ориентацией
магнитных моментов всех атомов, называются
доменами¹⁰.
В пределах
домена ферромагнетик спонтанно намагничен
до насыщения и обладает определенным
магнитным моментом, но направление
этого момента различно для различных
доменов (рис. 10.4).

Поэтому
в отсутствие внешнего поля (и остаточной
намагниченности) суммарный магнитный
момент ферромагнетика равен нулю. Между
доменами существуют границы некоторой
толщины, в пределах которых намагниченность
изменяет свое направление от ориентации
в одном домене к ориентации в другом
домене. Увеличение намагниченности при
росте напряженности магнитного поля
происходит в несколько стадий. При
слабых полях (начальный участок основной
кривой намагниченияОА
на рис. 10.3)
происходит смещение границ и поворот
граничных стенок, вследствие чего
увеличиваются те домены, магнитные
моменты которых составляют меньший
угол с напряженностью H
поля за счет доменов, у которых этот
угол больше. Домены 1
и 3 на
рис. 10.4a
увеличиваются за счет доменов 2
и 4.
В результате энергетически выгодной
становится конфигурация представленная
на рис. 10.4b.

На
среднем участке кривой ОА
наблюдается
полное исчезновение доменов с «невыгодной»
ориентацией и, наконец, на верхнем
участке этой кривой (вблизи точки А)
происходит
постепенный поворот магнитных моментов
всех доменов в направлении поля до тех
пор, пока весь ферромагнетик не превратится
в однодоменный кристалл и не будет
достигнуто состояние насыщения при
намагничении¹¹
(рис. 10.4е.).

У
каждого ферромагнетика имеется
определенная температура (точка
Кюри Т_с),
при которой
домены распадаются и ферромагнетик
превращается в парамагнетик. Для железа,
например, эта температура равна 768 °С.
При охлаждении ниже точки Кюри¹²
в ферромагнетике вновь возникают домены.

Соседние файлы в папке Лабораторная работа

• #
• #
• #
• #
• #
• #
• #

В этом процессе полная индукция магнитного поля равна сумме индукций внешнего магнитного поля и магнитного поля, которое рождено самим магнетиком. Процесс изменения состояния магнетика во внешнем магнитном поле называют намагничиванием. Магнитики были открыты Фарадеем в 1845 г.

Механизм намагничивания. Виды магнетиков

В зависимости от механизма намагничивания магнетики делят на диа-, пара- ферро- и ферримагнетики. Антиферромагнетики относят тоже к магнетикам, несмотря на то, что они не создают магнитного поля в пространстве.

Интенсивность намагничивания характеризуется тем, что все элементы объема вещества приобретают магнитный момент.

Этот ток характеризуют магнитным моментом ($p_m$):

[p_m=IS left(1right),]

где $S$ — площадь витка с током.

Говорят, что молекулы такого вещества в магнитном поле обретают индуцированный магнитный момент. Такие молекулы становятся источниками дополнительного поля, индукция такого поля определена как:

[overrightarrow{B}=frac{{mu }_0}{4pi }left{frac{3(overrightarrow{p_m}cdot overrightarrow{r})overrightarrow{r}}{r^5}-frac{overrightarrow{p_m}}{r^3}right}left(2right).]

Диамагнетики намагничиваются во внешнем поле в направлении противоположном внешнему полю. Магнитная восприимчивость диамагнетика меньше нуля. Причем она много меньше единицы.

Диамагнетики делятся на «классические», «аномальные» и сверхпроводники. Классические диамагнетики имеют магнитную восприимчивость $varkappa

Парамагнетиками называют вещества, в которых движение электронов в молекулах происходит так, что молекулы имеют постоянный магнитный момент и без магнитного поля. Молекула парамагнетика сама источник магнитного поля. В отсутствии магнитного поля магнитные моменты разных молекул ориентированы хаотично, результирующая индукция поля равна нулю, в результате тело не намагничено. Во внешнем магнитном поле постоянные магнитные моменты молекул ориентируются по внешнему полю, образуется преимущественное направление ориентации магнитных моментов. Малые объемы вещества получают магнитные моменты, которые равны сумме магнитных моментов отдельных молекул. Парамагнетик сам становится источником поля, он намагничивается в направлении внешнего поля. Магнитная восприимчивость ($varkappa $) парамагнетика больше нуля, но, как и у диамагнетика весьма мала.

Парамагнетики делят на нормальные парамагнетики, парамагнитные металлы, антиферромагнетики. К группе нормальных парамагнетиков относят газы (кислород, оксид азота, платина, палладий и др.). Для этих парамагнетиков $varkappa >0$ и она зависит от температуры по закону Кюри:

[varkappa =frac{C}{T} (3)]

или закону Кюри — Вейсса:

[varkappa =frac{C’}{T+triangle } left(4right),]

где C и C’ — постоянные Кюри, $triangle $ — постоянная, которая бывает больше и меньше нуля.

У парамагнитных металлов магнитная восприимчивость не зависит от температуры. Эти металлы слабомагнитны $varkappa approx {10}^{-6}.$

Антиферромагнетики при температуре выше некоторой температуры, которую называют точкой Кюри становятся нормальными парамагнетиками.

Намагничивание ферромагнетиков и ферримагнетиков связывают с тем, что электроны имеют магнитный момент, который имеет определенное соотношение с механическим моментом — спином. В магнитном поле спины этих магнетиков определенным образом ориентируются. Это, как правило, кристаллические вещества. При невысокой температуре ферромагнетики обладают спонтанной намагниченностью. Она сильно изменяется под действием внешнего поля, при деформации ферромагнетика и изменении его температуры.

Намагниченность

Для характеристики состояния намагниченного состояния магнетика используют вектор намагниченности ($overrightarrow{J}$).

Намагниченностью ($overrightarrow{J}$) называют физическую величину, которая равна:

[overrightarrow{J}=frac{1}{triangle V}sumlimits_{triangle V}{{overrightarrow{p}}_{mi}(5)},]

где $triangle V$ — элементарный объем, $overrightarrow{p_{mi}}$ — магнитные моменты молекул, суммирование осуществляется по всем молекулам в объеме $triangle V$. Из формулы (5) можно заключить, что:

[p_m=overrightarrow{J}dVleft(6right).]

В несильных магнитных полях намагниченность диа- и парамагнетиках пропорциональна напряженности магнитного поля ($overrightarrow{H}$):

[overrightarrow{J}=varkappa {mu }_0overrightarrow{H }left(7right),]

где $varkappa $ — магнитная восприимчивость среды (магнетика).

Для парамагнетиков и диамагнетиков зависимость вектора намагниченности от напряженности магнитного поля линейна (рис.1).

Рис. 1

У ферромагнетиков наблюдается явление гистерезиса (рис 2).

Рис. 2

Напряжённость магнитного поля

Когда магнетики отсутствуют, выполняется соотношение, которое описывает возникновение магнитного поля:

[rotoverrightarrow{B}={mu }_0overrightarrow{j}left(8right).]

При наличии магнетиков поле порождается не только токами проводимости$ (overrightarrow{j)}$, но и молекулярными токами $(overrightarrow{j_{mol})}$. Следовательно, (8) преобразуется к виду:

[rotoverrightarrow{B}={mu }_0left(overrightarrow{j}+overrightarrow{j_{mol}}right)={mu }_0overrightarrow{j}+rotoverrightarrow{J}left(9right).]

Магнетиками называются вещества, которые при внесении во внешнее магнитное поле изменяются так, что сами становятся источниками дополнительного магнитного поля. При этом полная индукция магнитного поля равна векторной сумме индукций внешнего магнитного поля и магнитного поля порождаемого магнетиком. Изменение состояния магнетика под влиянием внешнего магнитного поля, в результате чего сам магнетик становится источником магнитного поля, называется Намагничиванием магнетика. Это явление экспериментально было установлено Фарадеем в 1845 г.

Механизмы намагничивания.

В зависимости от механизма намагничивания магнетики подразделяются на диамагнетики, парамагнетики, ферромагнетики и ферримагнетики.

Количественно интенсивность намагничивания во всех случаях характеризуется одинаково, а именно: под действием магнитного поля все элементы объема приобретают магнитный момент. Магнитным моментом называется величина

. (20.1)

Где J – сила тока по замкнутому контуру, S – площадь, -вектор положительной нормали. Это магнитное поле, которое порождает контур с током.

Парамагнетики.

В атомах электроны движутся по орбитам, а движущиеся электроны на орбите – это элементарные токи. Поэтому атомы обладают некоторыми магнитными моментами, которые в парамагнетиках ориентированы хаотично.

Если внешнего поля нет, то магнитные моменты различных молекул ориентированы совершенно беспорядочно, благодаря чему суммарная индукция поля, создаваемого ими, равна нулю, т. е. физически бесконечно малые элементы тела не являются источниками магнитного поля и тело не намагничено. При внесении такого магнетика во внешнее поле магнитные постоянные моменты отдельных молекул переориентируются в направлении индукции поля, в результате чего образуется преимущественное направление ориентации магнитных моментов. При этом бесконечно малые физические объемы приобретают магнитный момент, равный сумме магнитных моментов молекул, заключенных в объеме, и становятся источниками магнитного поля — магнетик намагничивается.

При внесении парамагнетика во внешнее магнитное поле происходит ориентация магнитных моментов по полю, в результате чего вследствие этой ориентации возникает индукция , направленая в ту же сторону, что и индукция внешнего магнитного поля. Они складываются и в результате этого магнитная индукция становится больше, т. е.

=>

Диамагнетики.

У атомов, образующих диамагнетики тоже есть постоянные магнитные моменты, ориентированные хаотично и при внесении во внешнее магнитное поле они также стремятся ориентироваться по полю, но существует эффект гораздо более сильный.

При внесении во внешнее магнитное поле в молекулах и атомах движение электронов изменяется так, что образуется определенным образом ориентированный суммарный круговой ток, который характеризуется магнитным моментом. Можно сказать, что молекулы при внесении в магнитное поле приобретают индуцированный магнитный момент. Благодаря этому они становятся источниками дополнительного поля, т. е. вещество намагничивается.

Фактически, внешнее магнитное поле действует в целом на орбиты электронов, которые начинают прэцессировать (детский волчок). Внешнее магнитное поле настолько сильно влияет на движение электронов, что в веществе индуцируется магнитное поле , направленное в сторону противоположную направлению

=> , а значит, результирующая индукция становится меньше.

Ферромагнетики и ферримагнетики.

Намагничивание ферромагнетиков и ферримагнетиков связано с тем, что электроны обладают магнитным моментом, находящимся в определенном соотношении с их механическим моментом — спином. Намагничивание такого класса магнетиков связано с определенной ориентировкой спинов и поэтому называется Спиновым. Объяснение спинового магнетизма выходит за рамки классической теории электричества и магнетизма и возможно лишь в рамках квантовой теории. Вся излагаемая ниже теория магнитного поля в присутствии магнетиков относится лишь к диа — и парамагнетикам, если только не оговорено противное. У ферромагнетика имеются области самопроизвольного намагничивания, так называемые домены, магнитные моменты которых также ориентированы хаотично.

Но при внесении во внешнее магнитное поле происходит ориентация областей (доменов) по полю и => причем || >>||.

Парамагнетик легко размагнитить после снятия поля (ударить или нагреть). Ферромагнетик размагнитить не просто.

Вектор намагниченности.

Намагниченность Это величина, определяемая отношением магнитного момента элементар­ного физического объема к объему

(20.2)

Где — элементарный объем, — магнитные моменты молекул.

В дифференциальном виде (20.2) можно записать:

(20.3)

Намагниченность определяется молекулярными токами, т. е. токами, циркулирующими внутри вещества и можно показать, что плотность молекулярных токов определяется соотношением

(20.4)

При отсутствии магнетиков порождение магнитного поля токами проводимости определяется соотношением:

, (20.5)

Если присутствуют и магнетики, то соотношение (20.5) нужно преобразовать:

. (20.6)

Учтем (20.4). Тогда получим

(20.7)

Введем новый вектор

, (20.8)

Который учитывает влияние вещества на магнитное поле. По смыслу этот вектор очень похож на вектор в электростатике, который тоже учитывал влияние вещества (диэлектрика) на электрическое поле. В электростатике он называется вектором магнитной индукции. Вектор называется напряженностью магнитного поля, называется вектором магнитной индукции, т. е. по смыслу все наоборот по сравнению с электростатикой. Такие названия за этими векторами закрепились исторически.

Учтем (20.8) и (20.7) и получим уравнение для напряженности магнитного поля

. (20.9)

В магнетиках закон полного тока формулируется для вектора , который легко получить из (20.9)

(20.10)

В не очень сильных полях вектор намагниченности линейно зависит от вектора напряженности магнитного поля, т. е.

, (20.11)

Где— магнитная восприимчивость. Подставим (20.11) в (20.8), получим

или (20.12)

Обозначим

(20.13)

Тогда из (20.12) получим:

, (20.14)

Где — относительная магнитная проницаемость среды.

Различные механизмы намагничивания приводят к разным зависимостям J от H.

У диамагнетиков намагниченность направлена против вектора .

У диамагнетиков И, следовательно, магнитная проницаемость . Это означает, что порождаемое диамагнетическое поле направлено против первоначального, т. е. диамагнетик ослабляет внешнее поле. Модуль их восприимчивости || очень мал и имеет порядок . Восприимчивость не зависит от температуры. Диамагнетизм имеется у всех веществ.

У парамагнетиков Совпадает по направлению с . Для них , . Дополнительное поле у парамагнетиков совпадает с первоначальным. Следовательно, парамагнетик усиливает поле. Восприимчивость парамагнетиков зависит от температуры. При комнатной температуре парамагнитная восприимчивость веществ в твердом состоянии имеет порядок , т. е. примерно на два порядка больше диамагнетической восприимчивости. Поэтому у парамагнитных веществ роль диамагнетической восприимчивости относительно мала и ею можно пренебречь.

У ферромагнетиков совпадает по направлению с И является очень большой величиной. Для них, , . Характерно, что и Зависят от поля и от предыстории намагничивания. Благодаря этому у них имеется остаточная намагниченность, т. е. намагниченность образца в целом сохраняется и после того, как внешнее поле стало равным нулю. Отметим также, что , т. е. очень сильно зависит от температуры.

Явление магнитного гистерезиса.

Магнетики, магнитная проницаемость которых достигает больших значений и зависит от внешнего магнитного поля и предшествующей истории, называются ферромагнетиками. Они обладают остаточной намагниченностью, т. е. их намагниченность может быть отличной от нуля при отсутствии внешнего магнитного поля. В этом случае они являются постоянными магнитами. Намагничивание ферромагнетиков было исследовано А. Г. Столетовым (1839 -1896) в 1878 г. Гистерезис был открыт в 1880г. Варбургом (1846 — 1931).

Когда парамагнетик вносят во внешнее поле магнитные моменты ориентируются по полю. При снятии поля остаточная намагниченность незначительна и ее легко снять, например, путем нагревания парамагнетика или простого удара (ориентация магнитных моментов исчезает). У ферромагнетиков все не так, поскольку при намагничивании ориентируются целые области самопроизвольного намагничивания. При снятии внешнего магнитного поля остаточное намагничивание весьма существенно и его не так просто убрать. Поместим ферромагнетик в катушку индуктивности, по которой будем пропускать ток J и построим график зависимости В(Н).

При увеличении тока в катушке индукция магнитного поля растет, постепенно выходя на более пологую кривую. Достигнув некоторой силы тока (точка(1)), начнем эту силу тока уменьшать. И когда сила тока равна нулю (Н = 0), то у вещества, как оказывается, имеется остаточное намагничивание, определяемое значением . Для того, чтобы вещество размагнитить, надо ток направить в другую сторону и при некоторой силе тока индукция магнитного поля станет равной нулю. При дальнейшем уменьшении силы тока В будет возрастать (по абсолютному значению). Если затем начинать уменьшать ток до нуля, то вещество окажется намагниченным с индукцией . Чтобы размагнитить ферромагнетик надо опять поменять силу тока и увеличивая его мы опять придем в точку (1). Затем меняя направление силы тока будем двигаться по петле, которая называется петлей магнитного гистерезиса. Фактически происходит как бы своеобразное отставание изменения индукции от изменения напряженности магнитного поля.

Отметим, что зависимость восприимчивости от температуры: у ферромагнетиков определяется закон Кюри

, (20.15)

Где — абсолютная температура, а — константа Кюри, зависящая от рода вещества.

Для ферромагнетиков существует так называемая температура Кюри. Это та температура , при которой ферромагнетик превращается в парамагнетик, т. е. его ферромагнитные свойства исчезают.

Например, для железа температура Кюри составляет . Для ферромагнетиков, которые превратились в парамагнетики зависимость восприимчивости от температуры подчиняется закону Кюри-Вейса:

. (20.16)

Магнитное поле возникает при наличии движущихся зарядов. Например, при наличии проводника с током. Но все мы видели магниты и в повседневной жизни, хоть в виде тех же значков на холодильнике.

Рядом с такими магнитами ведь никакого проводника с током. Тогда почему они все же обладают магнитными свойствами? Притягивают к себе другие металлические предметы или сами притягиваются к ним? На данном уроке вы узнаете много нового и интересного про магниты, природу их магнитного поля и его свойства.

Постоянный магнит

Начнем с определения. Какие тела называют постоянными магнитами?

Постоянный магнит (или просто магнит) — это тело, длительное время сохраняющее намагниченность.

Что это означает? Если мы вставим в катушку с током обычный железный стержень, он начнет притягивать к себе другие железные предметы. В этот момент он намагничен и обладает магнитными свойствами. Выключим ток — и намагниченность сразу исчезнет.

Но если мы вставим в катушку с током стержень из закаленной стали, после выключения тока он не размагнитится. Он будет сохранять намагниченность (рисунок 1). Такое устройство мы можем называть магнитом.

Получается, что создавать магнитное поле могут всего две вещи:

• проводник с током;
• постоянный магнит.

Объяснение явления намагниченности

Одно из первых объяснений этого явления принадлежало Андре-Мари Амперу.

Как Ампер объяснял намагниченность железа?
Французский ученый говорил о существовании электрических токов. Эти токи по его предположению циркулировали внутри каждой молекулы вещества.

Странное объяснение, не так ли? Дело в том, что в те времена еще не было достаточно знаний о строении вещества. Про атомы еще никто не слышал и не говорил. Так что такое мнение не имело доказательств, ведь природу молекулярных токов никто не мог объяснить.

С тех времен физика шагнула далеко вперед. Как можно теперь объяснить молекулярные токи Ампера?

Давайте вспомним строение атома. Вокруг ядра вращаются электроны. Каждый электрон имеет заряд и находится в движении. Значит, вокруг него существует магнитное поле. Но большинство веществ устроено таким образом, что эти крошечные магниты нейтрализуют друг друга.

Искусственные магниты

Постоянные магниты, сделанные человеком, имеют две основные разновидности. Они могут быть дугообразными (рисунок 3, а) и полосовыми (рисунок 3, б).

Полюса магнита

Каждый магнит, как и магнитная стрелка, обладает двумя полюсами: северным ($N$) и южным ($S$).

Что называется магнитными полюсами магнита (рисунок 4)?

Полюса магнита — это те места магнита, где обнаруживается наиболее сильные магнитные действия.

Мы можем это проверить с помощью простого опыта. Возьмем полосовой магнит и динамометр. К динамометру прикрепим железный шарик.

Касаемся шариком магнита в разных его точках, а потом аккуратно его отрываем. При этом следим за показаниями динамометра в момент отрыва. Так мы можем судить о силе притяжения шарика к разным точкам магнита. Опыт покажет, что самое сильное притяжение будет как раз в местах, которые мы называем полюсами (рисунок 5).

Этот же опыт покажет нам что в середине магнита шарик практически не испытывает притяжение.

Нейтральная зона магнита — место магнита, где практически не проявляется притяжения.

Что лучше всего притягивается к магнитам?
Это чугун, сталь, железо и некоторые сплавы. Также притягивается никель и кобальт, но значительно слабее.

Естественные магниты

Также в природе встречаются и естественные магниты. Например, железная руда. Из-за ее свойств ее называют магнитным железняком. Богатые залежи этого минерала зафиксированы на Урале, в Карелии, Курской области и других местах.

Если рядом с железом, сталью, никелем и кобальтом оказывается магнитный железняк, то эти металлы приобретают магнитные свойства. Именно поэтому магнитный железняк и открыл людям возможность наблюдать эти свойства.

Магнитные свойства

Взаимодействие магнитных стрелок

Возьмем две магнитные стрелки. Установим из рядом друг с другом (рисунок 6).

Что произойдет? Они установятся в определенных положениях: противоположными полюсами друг к другу.

Взаимодействие магнитной стрелки и магнита

Теперь возьмем магнит и поднесем его к магнитной стрелке (рисунок 7). Что мы увидим?

Северный полюс магнитной стрелки оттолкнулся от северного полюса магнита. Он притягивается к его южному полюсу.

В это же время южный полюс магнитной стрелки отталкивается от южного полюса магнита и притягивается к северному.

Взаимодействие полюсов магнитов между собой

Так как взаимодействуют между собой полюсы магнитов? Вышеописанные и другие опыты подводят нас к выводам (рисунок 8).

Разноименные магнитные полюсы притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Это легко запомнить. Аналогия проходит с электрическими зарядами: одноименные отталкиваются, а разноименные притягиваются.

При этом сила взаимодействия будет прямо пропорциональна расстоянию между полюсами взаимодействующих магнитов.

Это применимо и к магнитным стрелкам, и к постоянным магнитам, и к  электромагнитам.

Но чем объясняется это явление? Все дело в существовании магнитного поля вокруг любого магнита. Магнитные поля взаимодействующих магнитов обоюдно действуют друг на друга.

Разница магнитных и электрических взаимодействий

Хоть мы и провели аналогию с электрическими зарядами, это не позволяет применять нам все законы электричества к магнетизму.

Например, есть одно очень большое отличие. Мы можем разделять электрические заряды. Это происходит при электризации в источниках тока. А вот полюсы магнита неразделимы. Если мы разрежем магнит на части, у нас все равно не получится отделить один полюс от другого. Мы просто получим два новых магнита (рисунок 9).

Разделяемые части могут равными или разными — результата все равно один. Получатся новые магниты, каждый из которых будет иметь два полюса и нейтральную зону.

Магнитное поле магнита

Какой вид имеет это магнитное поле? Как можно получить представление о магнитном поле магнита?

Вернемся к нашим любимым железным опилкам. Они помогли нам увидеть и форму магнитного поля прямого тока, и катушки с током. Пригодятся они нам и сейчас.

Поместив опилки рядом с магнитами, они займут определенное положение — вдоль магнитных линий магнитного поля.

Магнитные линии магнитного поля магнитов (не тавтология, привыкайте) являются замкнутыми кривыми (рисунок 10). Они похожи на магнитные линии, описывающие магнитное поле катушки с током.

Магнитные линии выходят из северного полюса магнита и входят в южный. Линии замыкаются внутри магнита.

Магнитное поле, созданное двумя магнитами

Как будет выглядеть магнитное поле, созданное сразу двумя магнитами?

Если два магнита расположить друг к другу одноименными полюсами, то получим результат, показанный на рисунке 11.

Если два магнита расположить друг к другу разноименными полюсами, то получим совсем другую картину (рисунок 12).

Подтверждение вышесказанному вы можете легко получить, проводя тот же опыт с опилками. Опилки выстроятся вдоль магнитных линий, изображенных на рисунках выше.

Упражнения

Это можно сделать с помощью магнитной стрелки. Поднесите ее к одному из концов стального стержня. Посмотрите, в каком положении она установится. Если магнитная стрелка повернется к стержню южным полюсом, то этот конец стержня является его северным полюсом (рисунок 13).

К южному полюсу стержня стрелка повернется своим северным полюсом. Помните: разноименные полюса притягиваются, а одноименные — отталкиваются.

Для этого нам нужно намотать этот проводник на катушку. Силовые линии магнитного поля катушки с током расположены так же, как и у полосового магнита (рисунок 14).

Задания

Магниты притягивают к себе не все материалы. Так, картон не притягивается к магниту, поэтому он останется неподвижен.
Когда вы положите картон на гвозди и поднесете магнит, то картон поднимется вместе с гвоздями. Точнее говоря, магнит будет притягивать к себе гвозди (так они сделаны из железа). Под действием магнитного поля магнита гвозди придут в движение и поднимут на себе картон (рисунок 15).

Когда игла соскользнет с полюса магнита, она все еще будет находиться в его магнитном поле. Магнит продолжит притягивать ее. В этот момент сила натяжения нити уравновешивает силу притяжения магнита. Так будет казаться, что игла зависла в воздухе. Если же расслабить нить, то игла снова притянется к магниту и «прилипнет» к нему.